اختراق صيني جديد: تشابك ذاكرة كمومية عبر 420 كيلومترًا يتجاوز الحدود النظرية

كيف أجريت التجربة

• تم ربط ذاكرتين كموميتين لمجموعات ذرات الروبيديوم، أُطلقت عليهما اسمي أليس (Alice) وبوب (Bob)، بواسطة ألياف ضوئية ملفوفة .
• عقدة كشف مركزية تدعى تشارلي (Charlie) قامت بقياسات حالة بيل (Bell-state measurements) على الفوتونات القادمة من كلا الذاكرتين للإعلان عن نجاح التشابك .
• استخدم الفريق بروتوكول DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller) للتشابك بفوتون واحد، والذي يولد التشابك بطريقة احتمالية عن طريق كشف فوتون واحد منبعث .

ثلاثة تطورات تقنية أساسية

1. تحويل الطول الموجي إلى نطاق الاتصالات — تم تحويل الفوتونات المنبعثة من ذاكرات الروبيديوم إلى النطاق S (حوالي 1.5 ميكرومتر) المستخدم في الاتصالات البصرية عبر تحويل التردد الكمومي، مما سمح بنقلها عبر الألياف بفقدان قدره حوالي 0.17 ديسيبل/كم فقط .
2. نظام تثبيت نشط للألياف — نظام تغذية راجعة في الزمن الحقيقي يعوض تقلبات الطور في وصلات الألياف الطويلة، مما حافظ على وضوح التداخل عبر مسار الـ 420 كيلومترًا بالكامل .
3. بروتوكول DLCZ بفوتون واحد — بدلاً من اشتراط التزامن بين فوتونين، اعتمد المخطط على كشف فوتون واحد من كل عقدة ذاكرة، مما حسن بشكل كبير معدل توليد التشابك عبر المسافات الطويلة .

تجاوز حد PLOB

• حد PLOB (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) هو الحد النظري الأساسي لمعدل توزيع التشابك عبر قناة ضوئية ذات فقدان دون استخدام مكررات كمومية .
• أظهر الفريق أن احتمال التشابك بين الذاكرتين في تجربتهم تجاوز حد PLOB لمسافات تزيد عن حوالي 230–320 كيلومترًا من الألياف المباشرة . وهذا يعني أن الشبكة الكمومية المدعومة بالذاكرة يمكنها تحقيق معدلات تشابك أعلى من أي وصلة ألياف مباشرة بعد تلك المسافة الفاصلة، مما يثبت ميزة الذاكرات الكمومية كعقد مكررة .

أهمية هذا الإنجاز لمستقبل الإنترنت الكمومي

• هذه هي أول تجربة عملية تثبت أن الشبكة الكمومية القائمة على الذاكرة يمكنها التغلب على الحد النظري للشبكات الخالية من المكررات، مما يثبت فرضية أساسية لهندسة المكررات الكمومية .
• تسد الفجوة من الشبكات الكمومية على نطاق المدن (عشرات الكيلومترات) إلى الشبكات على نطاق المدن البعيدة (مئات الكيلومترات)، مما يظهر أنه يمكن تشابك المعلومات الكمومية المخزنة بشكل موثوق عبر مسافات تربط بين المدن .
• يضع العمل أساسًا عمليًا لبناء مكررات كمومية قابلة للتطوير تعتمد على الذاكرة، والتي قد تشكل يومًا ما العمود الفقري لإنترنت كمومي عالمي، مما يتيح توزيع المفاتيح الكمومية لمسافات طويلة، والحوسبة الكمومية الموزعة، والاتصالات الكمومية الآمنة .